Cuando se trata de medir la actividad cerebral, los científicos tienen herramientas que pueden observar con precisión una pequeña porción del cerebro menos de un milímetro cúbico o una mirada borrosa en un área más grande. Ahora, los investigadores de la Universidad Rockefeller handescribió una nueva técnica que combina lo mejor de ambos mundos: captura una instantánea detallada de la actividad global en el cerebro del ratón.
"Queríamos desarrollar una técnica que mostrara el nivel de actividad con la precisión de una sola neurona, pero a la escala de todo el cerebro", dice el autor del estudio, Nicolas Renier, becario postdoctoral en el laboratorio de Marc Tessier.-Lavigne, profesor del Laboratorio de Desarrollo y Reparación del Cerebro y presidente de la Universidad Rockefeller.
El nuevo método, descrito en línea el 26 de mayo en celda , toma una fotografía de todas las neuronas activas en el cerebro en un momento específico. El cerebro del ratón contiene decenas de millones de neuronas, y una imagen típica muestra la actividad de aproximadamente un millón de neuronas, dice Tessier-Lavigne. "El propósitode la técnica es acelerar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro ".
Hacer los cerebros transparentes
"Debido a la naturaleza de nuestra técnica, no podemos visualizar la actividad cerebral en vivo a lo largo del tiempo; solo vemos neuronas que están activas en el momento específico en que tomamos la instantánea", dice Eliza Adams, estudiante de posgrado en el laboratorio de Tessier-Lavigne.y coautor del estudio. "Pero lo que ganamos con esta compensación es una visión completa de la mayoría de las neuronas en el cerebro y la capacidad de comparar estas poblaciones neuronales activas entre instantáneas de una manera sólida e imparcial".
Así es como funciona la herramienta: los investigadores exponen a un ratón a una situación que provocaría una actividad cerebral alterada, como tomar un fármaco antipsicótico, rozar los bigotes contra un objeto mientras exploran y criar a un cachorro, luego hacen elmedición después de una pausa. La pausa es importante, explica Renier, porque la técnica mide la actividad neuronal indirectamente, a través de la traducción de genes neuronales en proteínas, lo que tarda unos 30 minutos en ocurrir
Luego, los investigadores tratan el cerebro para hacerlo transparente, siguiendo una versión mejorada de un protocolo llamado iDISCO, desarrollado por Zhuhao Wu, un asociado postdoctoral en el laboratorio Tessier-Lavigne, y lo visualizan usando microscopía de hoja de luz, quetoma la instantánea de todas las neuronas activas en 3D.
Para determinar dónde se encuentra una neurona activa dentro del cerebro, Christoph Kirst, miembro del Centro de Estudios en Física y Biología de Rockefeller, desarrolló un software para detectar las neuronas activas y mapear automáticamente la instantánea en un atlas 3D del cerebro del ratón, generado por el Allen Brain Institute.
Aunque cada instantánea de la actividad cerebral generalmente incluye alrededor de un millón de neuronas activas, los investigadores pueden examinar esa masa de datos con relativa rapidez si comparan una instantánea con otra instantánea, dice Renier. Al eliminar las neuronas que están activas en ambas imágenes, los investigadoresse dejan solo los específicos de cada uno, lo que les permite centrarse en lo que es exclusivo de cada estado.
Observar y probar cómo funciona el cerebro
El propósito principal de la herramienta, agrega, es ayudar a los investigadores a generar hipótesis sobre cómo funciona el cerebro que luego se pueden probar en otros experimentos. Por ejemplo, utilizando sus nuevas técnicas, los investigadores, en colaboración con Catherine Dulac y otroscientíficos de la Universidad de Harvard, observaron que cuando un ratón adulto se encuentra con un cachorro, se enciende una región de su cerebro que se sabe que está activa durante la crianza, llamada núcleo preóptico medial, o MPO. Pero también observaron que, despuésel área de MPO se activa, hay menos actividad en la amígdala cortical, un área que procesa respuestas aversivas, que encontraron que estaba directamente conectada a la "región parental" de MPO.
"Nuestra hipótesis", dice Renier, "es que las neuronas parentales frenan la actividad en la región del miedo, lo que puede suprimir las respuestas aversivas que los ratones pueden tener hacia los cachorros". De hecho, los ratones que son agresivos con los cachorros tienden a mostrarmás actividad en la amígdala cortical.
Para probar esta idea, el siguiente paso es bloquear la actividad de esta región del cerebro para ver si esto reduce la agresión en los ratones, dice Renier.
La técnica también tiene implicaciones más amplias que simplemente observar qué áreas del cerebro del ratón están activas en diferentes situaciones, agrega. Podría usarse para mapear la actividad cerebral en respuesta a cualquier cambio biológico, como la propagación de una droga oenfermedad, o incluso para explorar cómo el cerebro toma decisiones. "Puede usar la misma estrategia para mapear cualquier cosa que desee en el cerebro del ratón", dice Renier.
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Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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